VZÁCNÉPLYNY ACH 02 Katedra chemie FP TUL www.kch.tul.cz VZÁCNÉ PLYNY 1
VZÁCNÉ PLYNY 2
Vzácné plyny 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 I II III IV V VI VII VIII I II III IV V VI VII VIII s 2 p 6 1 H n s n p He Li Be B C N O F Ne 2 3 Na Mg (n-1) d Al Si P S Cl Ar 3 4 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr 5 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe 6 Cs Ba Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn 7 Fr Ra Lr Rf Ha La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No He Výskyt je druhý nejrozšířenější prvek ve vesmíru (23% He, 76% H) na zemi spolu s Ar jsou produkty radioaktivního rozpadu (prvotně vzniklé He uniklo - je příliš lehké) 3
Výskyt Vzácné plyny tvoří 1% zemské atmosféry v 1000 m 3 vzduchu je 9 m 3 Ar, 16 dm 3 Ne, 4 dm 3 He, 0,85 dm 3 Kr a 0,08 dm 3 Xe Výskyt Pro porovnání zastoupení těchto prvků s ostatními je vhodné vyjádřit jejich koncentrace v hmotnostních % He 4 10 7 Ne 5 10 7 } Ar 3,6 10 4 Kr 2,1 10 8 Xe 2 10 9 Rn 6 10 6 } jako Au, Pt jako Br; >Ag jako Ra, Re Takže ani ne vzácné!!! spíše ušlechtilé!!! 4
Příprava vzácných plynů Ar se získává z čistého suchého vzduchu zbaveného O 2 (s Cu jako CuO) a N 2 (s Mg jako Mg 3 N 2 ) Výroba: při zkapalňování a frakční destilaci vzduchu Ar při výrobě NH 3 jako nečistota vstupních plynů (H 2 a N 2 ) He ze zemního plynu (> 0,4%) po zkapalnění uhlovodíků (ekonomičtější než ze vzduchu Rn jako produkt radioaktivního rozpadu 226 Ra (z 1 g = 0,64 cm 3 za 30 dní) Použití vzácných plynů He, Ne, Ar, Kr, Xe inertní atmosféra v metalurgii náhrada dusíku v dýchacích směsích kryogenní médium nosný plyn v chromatografii Ne, Kr, Xe ve výbojkách (neonové trubice) plnění žárovek Rn (radioaktivní-poločas rozpadu = 3,84 dne) k léčení rakoviny v γ defektoskopii 5
Hustota vzácných plynů [g/dm 3 ] Body varu vzácných plynů [K] 6
Zajímavost Supratekuté He s téměř nulovou viskozitou vzniká ochlazením na teplotu 2,178 K tuto vlastnost nemá žádný jiný prvek (nepodařilo se dosud objasnit) Cesta ke zkapalnění He Snížit teplotu je mnohem obtížnější než ji zvýšit 1877 zkapalnění O 2 francouzský fyzik L. P. Cailletet (90,2 K) 1883 zkapalnění N 2 Z. F. Wroblewski a K. Olszewski (77,4 K) 1898 zkapalnění H 2 anglický fyzik James Dewar (20,4 K) domníval se, že tím končí cesta k absolutní nule 0 mýlil se!!! 1908 zkapalnění He holandský fyzik H. Kamerlingh Onnes (4,2 K) 1926 pevné He (2,45 MPa opačný postup stlačováním He) W. H. Keesom (spolupracovník Onnese) 7
Chemické vlastnosti Vzácné plyny nemají snahu měnit svou elektronovou konfiguraci jsou chemicky neobyčejně inaktivní. Ještě donedávna nebyla známa žádná skutečná sloučenina vzácného plynu a proto označení inertní, respektive netečné plyny bylo plně oprávněné. Chemické vlastnosti Počátek 60. let N. Bartlett zkoumal PtF 6 a jeho extrémní oxidační schopnosti test na O 2 a posléze na Xe první stálá sloučenina XePtF 6 (s atomem Xe v kladném oxidačním stavu) další výzkum se zaměřil na Kr a Rn (mají nejnižší E ionizační ) v současnosti připravena řada dalších sloučenin 8
Stereochemie sloučenin Xe XeF 2 přímka F Xe F, volné elektronové páry tvoří trojbokou bipyramidu XeF 4 rovinný čtverec, volné elektronové páry dotvářejí oktaedr XeF 6 deformovaný oktaedr XeO 3 trigonální pyramida volný elektronový pár dotváří tetraedr XeO 4 tetraedr XeO 6 4 oktaedr XeOF 2 T-tvar XeO 2 F 2 houpačka XeO 3 F 2 trigonální bipyramida XeOF 4 čtvercová bipyramida XeF 8 2 tetragonální antiprizma Další sloučeniny: XeCl 2, XeCl 4, XeBr 2 KrF 2, RnF 2 Sloučeniny Xe syntéza a reakce Fluoridy XeF 2 (za nízké teploty a elektrického výboje) Xe + F 2 XeF 2 2 XeF 2 + 2 H 2 O 2 Xe + 4 HF + O 2 9
Sloučeniny Xe syntéza a reakce Fluoridy XeF 4 (za vyšší teploty a tlaku) Xe + 2 F 2 XeF 4 2 XeF 4 + 2 H 2 O 2/3Xe + 1/3XeO 3 + 1/2O 2 + 4HF Sloučeniny Xe syntéza a reakce Fluoridy XeF 6 (za vyšší teploty a tlaku) Xe + 3 F 2 XeF 6 2 XeF 6 + SiO 2 2 XeOF 4 + SiF 4 2 XeOF 4 + SiO 2 2 XeO 2 F 2 + SiF 4 10
Sloučeniny Xe - syntéza Oxidy XeO 3, XeO 4 XeF 6 + 3 H 2 O 6 HF + XeO 3 xenonany XeO 3 + OH HXeO 4 xenoničelany 3 XeO 3 + 12 OH + O 3 3 XeO 6 4 + 6 H 2 O Ba 2 XeO 6 + 2 H 2 SO 4 XeO 4 + 2 BaSO 4 + 2 H 2 O Fluoridy-oxidy Sloučeniny Xe - syntéza XeF 6 + 2 H 2 O XeO 2 F 2 + 4 HF XeF 6 + H 2 O XeOF 4 + 2 HF 11
Další sloučeniny Xe Ternární sloučeniny: Rb[XeF 7 ] Rb 2 [XeF 8 ] Cs[XeF 7 ] Cs 2 [XeF 8 ] Xe[RuF 6 ] 2 Xe[RhF 6 ] 2 Vlastnosti: Vzácné plyny jednoatomové molekuly bezbarvé, bez chuti, bez zápachu teploty varu a tání jsou vždy blízké hodnoty těžko zkapalnitelné chemicky netečné plyny radioaktivní je Xe a Rn 12
Příští přednáška Alkalické kovy 13